模拟显示黑洞从母星继承了磁场
黑洞是最神秘的恒星物体之一。虽然黑洞最出名的是将周围环境吞噬成一个引力坑，使任何东西都无法逃脱，但它也能发射强大的带电粒子流，导致伽马射线爆发，在短短几秒钟内释放的能量比太阳一生释放的能量还要多。要发生如此壮观的事件，黑洞需要携带强大的磁场。然而，这种磁性从何而来一直是个谜。
通过计算黑洞形成过程，Flatiron 研究所的科学家及其合作者终于找到了这些磁场的起源：黑洞本身正在坍缩的母恒星。研究人员于 11 月 18 日在《天体物理学杂志快报》上发表了他们的研究成果。
恒星爆发为超新星后，会形成黑洞，并留下一个致密的残余核心，称为原中子星。
“原中子星是黑洞之母，当它们坍缩时，黑洞就诞生了。我们看到的是，随着这个黑洞的形成，原中子星周围的圆盘将基本上将其磁力线固定在黑洞上，”这项研究的第一作者、纽约市 Flatiron 研究所计算天体物理中心 (CCA) 的研究员 Ore Gottlieb 说。
“最终了解黑洞的基本特性以及它们如何为伽马射线爆发（宇宙中最明亮的爆炸）提供能量，这非常令人兴奋。”
戈特利布与 CCA 研究员 Brian Metzger、Jared Goldberg、Matteo Cantiello 和 Mathieu Renzo 共同撰写了这项研究。
磁力之谜
该团队最初的目标是模拟恒星从诞生到坍缩再到黑洞形成的整个过程。通过模拟，该团队计划研究黑洞的流出物，比如产生伽马射线爆发的喷流。然而，戈特利布的团队在模型上遇到了一个问题。
戈特利布说：“我们不确定如何模拟中子星坍缩成黑洞时这些磁场的行为。所以，这是我第一次开始思考的问题。”
关于黑洞及其磁性有几种理论，但在解释黑洞喷流和伽马射线爆发的威力时，似乎没有一种理论站得住脚。
“人们一直认为，坍缩恒星的磁场正在坍缩到黑洞中，”戈特利布说。“在坍缩过程中，这些磁场线被压缩后变得更强，因此磁场的密度变得更高。”
这种解释的问题在于，恒星的强磁性会导致恒星失去自转。如果没有快速自转，新生黑洞就无法形成吸积盘（黑洞周围的气体、等离子体、尘埃和粒子流），也无法产生我们观察到的喷流和伽马射线爆发。
“这似乎是互相排斥的，”戈特利布说。“要形成喷流，需要两个条件：强磁场和吸积盘。但通过这种压缩获得的磁场不会形成吸积盘，如果你将磁性降低到可以形成吸积盘的程度，那么它的强度不足以产生喷流。”
这意味着还有其他事情正在发生，科学家们希望直接找到源头：黑洞的母体，以查明到底是什么。
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科学家们意识到，之前对中子星坍缩的模拟也许并没有给出完整的图像。
“过去的模拟只考虑了孤立的中子星和孤立的黑洞，在坍缩过程中所有磁性都会消失。然而，我们发现这些中子星有自己的吸积盘，就像黑洞一样，”戈特利布说。
“因此，我们的想法是，也许吸积盘可以保存中子星的磁场。这样一来，黑洞就会形成，其磁场线与穿过中子星的磁场线相同。”
研究团队的计算表明，当中子星坍缩时，在其所有磁场被新形成的黑洞吞噬之前，中子星的圆盘会被黑洞继承，并且其磁场线会被固定住。
“我们计算了这些系统中预期的典型值，在大多数情况下，黑洞盘形成的时间比黑洞失去磁性的时间要短，”戈特利布说。“因此，黑洞盘使黑洞能够从其母体中子星那里继承磁场。”
对整个宇宙的影响
戈特利布对这一新发现感到兴奋，不仅因为它解决了一个长期存在的谜团，还因为它为进一步研究喷流打开了大门。
“这项研究改变了我们对哪些类型的系统可以支持喷流形成的看法，因为如果我们知道吸积盘意味着磁性，那么从理论上讲，你只需要一个早期的吸积盘形成来为喷流提供动力，”他说。“既然我们知道了这一点，我认为重新思考恒星群和喷流形成之间的所有联系会很有趣。”
戈特利布将这项工作的完成归功于团队的科学和 CCA 的能力。
他说：“这是一次多学科合作，使我们能够从不同方向解决这个问题，并形成恒星坍缩后演化的连贯图景。”
“CCA 丰富的计算资源让我们能够比以往更一致地模拟坍塌过程。我认为这两个方面促成了一种创新方法。”
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